Kraft Maschinen, Führung Dreher CNC Maschine

Kraftverlauf bei Drehmaschinen

Von: , Frage gestellt am So, 4. Jul 2004

Hallo,

ich schreibe meine Diplomarbeit über (Gleit-)führungen an Schrägbettdrehmaschinen. Dewegen bin ich für jeden noch so kleinen Hinweis dankbar.

"Die Führungen zur Bewegung der Maschinenachsen zählen zu den zentralen Bauelementen im Kraftfluss einer Werkzeugmaschine."

Meine erste Frage ist, wie komme ich von den Schnittkräften bei Drehmaschinen zu den Kraftverhältnissen an den Führungsbahnen. Mir fehlt der grafische und rechnerische Nachweis!! Ich befürchte, dass die untere Führungsbahn auf Druck und die obere auf Zug beansprucht wird.

Vielleicht gibt es hier im Brett Werkzeugmechaniker, die mir da aushelfen können? Verwandte Rechenbeispiele aus Lehrbüchern würden mir schon viel bringen.

Zu Werkzeugmaschinen werden oft maximale Eilganggeschwindigkeiten angegeben. Wovon hängen diese ab? Ich weiß es nicht!

Über zahlreiche Antworten oder Verweise würde ich mich sehr freuen. Jeder Hinweis ist wichtig.

Freundliche Grüße
Ines Schildt

11 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 5 Stunden 0 hilfreich

   Re: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

   Hallo Ines ,
   ich schreibe meine Diplomarbeit über (Gleit-)führungen an
   Schrägbettdrehmaschinen. Dewegen bin ich für jeden noch so
   kleinen Hinweis dankbar.
   
   "Die Führungen zur Bewegung der Maschinenachsen zählen zu den
   zentralen Bauelementen im Kraftfluss einer Werkzeugmaschine."
   
   Meine erste Frage ist, wie komme ich von den Schnittkräften
   bei Drehmaschinen zu den Kraftverhältnissen an den
   Führungsbahnen. Mir fehlt der grafische und rechnerische
   Nachweis!! Ich befürchte, dass die untere Führungsbahn auf
   Druck und die obere auf Zug beansprucht wird.
   Das hängt zuerst einmal davon ab wie der Drehmeissel angesetzt wird. Mann kann ja mit dem gleichen Meissel, ohne umzuspannen Innen und Aussen drehen, dabei kehren sich die Kräfte unter Umständen um.
   Welche Kräfte meinst du eigentlich ? Rein Statisch oder Dynamisch? Zu Werkzeugmaschinen werden oft maximale
   Eilganggeschwindigkeiten angegeben. Wovon hängen diese ab? Ich
   weiß es nicht!
   Der Eilgang ist ja nur zum schnellen Positionieren ohne Bearbeitung gedacht und dient der Zeitersparnis. Bei den alten Maschinen war das eine Frage des Getriebes, heute eine des Antriebs-(Schritt-)Motors. Der (Schritt-)Motor wird einfach soweit "ausgefahren" wie möglich um kurze Umricht- oder Umspannzeiten zu erlangen.
   
   MfG Peter(TOO)
   

   • Antwort von nach 6 Stunden 0 hilfreich

     Re^2: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

     Hallo Peter,
     
     es ist eine CNC-Schrägbett-Drehmaschine. Die Drehmeißel sind in einem Werkzeugrevolver angeordnet. Mich interessieren erstmal die statischen Kräfte, die auf die Führungsbahn beim normalen Längsdrehen übertragen werden. Ich will das nicht zu kompliziert gestalten, also wirklich immer nur den einfachsten Fall betrachten. Ist meine Vermutung dann richtig, dass die obere FüBahn auf Zug und untere auf Druck beansprucht wird?
     
     Wenn die Eilgangsgeschwindigkeit vom Antriebsmotor abhängt, wovon hängt denn ab, welchen Motor man verwendet? Ich meine alle wollen kurze Bearbeitungszeiten und damit höhere Eilgangsgeschwindigkeiten verkaufen. Deswegen dachte ich, es könnte Werte geben wie Masseträgheit (Bremsweg), oder reißender Schmierfilm bei Gleitführungen.
     
     Mit freundlichen Grüßen
     Ines Schildt
     

     • Antwort von nach 6 Stunden 0 hilfreich

       Re^3: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

       Hallo Ines,
       es ist eine CNC-Schrägbett-Drehmaschine. Die Drehmeißel sind
       in einem Werkzeugrevolver angeordnet. Mich interessieren
       erstmal die statischen Kräfte, die auf die Führungsbahn beim
       normalen Längsdrehen übertragen werden. Ich will das nicht zu
       kompliziert gestalten, also wirklich immer nur den einfachsten
       Fall betrachten. Ist meine Vermutung dann richtig, dass die
       obere FüBahn auf Zug und untere auf Druck beansprucht wird?
       Beim normelen aussen Längsdrehen gibt es 3 Vektoren.
       
       Grundsätzlich wird der Meissel tangenzial nach unten gedrückt.
       Allerdings versucht der Meissel zu Seite "auszuweichen" dies sowohl in längs als auch in radialer Richting. Wenn die Eilgangsgeschwindigkeit vom Antriebsmotor abhängt,
       wovon hängt denn ab, welchen Motor man verwendet?
       Unter anderen vom Preis und dem technischen Aufwand für die Wegerfassung.
       Oft werden Schrittmotoren verwendet, weil hier der Weg direkt über die Schrittzahl erfasst werden kann. Schrittmotoren können aber nur mit einer Rampe beschleunigt und abgebremst werden, da sie sonst "abreissen" und es keinen Zusammenhang mehr zwischen Schrittzahl und zurückgelegtem Weg mehr gibt.
       
       Bei einer absoluten Wegerfassung, ist halt etwas aufwändiger und teurer, kann man dann Servomotoren verwenden, welche man, theoretisch, im Leistungs-Grenzbereich betreiben kann. Elektromotoren kann man kurzzeitig recht gut überlasten, da das Hauptproblem meist die Wärmeabfuhr ist und da kann man die thermische Trägheit (meist im Minutenbereich) ausnutzen. Ich meine alle wollen kurze Bearbeitungszeiten und damit höhere
       Eilgangsgeschwindigkeiten verkaufen.
       Tja, die Technik ist immer ein Kompromiss zwischen den was technisch machbar ist und den was der Kunde auch noch bezahlt.
       Mit roher Gewalt wäre da vieles zu erreichen, aber was bringt es wenn wegen der Beschleunigung dann das Wrkstück durch die Werkstatt fliegt ?? Deswegen dachte ich, es
       könnte Werte geben wie Masseträgheit (Bremsweg), oder
       reißender Schmierfilm bei Gleitführungen.
       Ist halt auch wieder ein Kompromiss. Höhere Beschleunigung bedingt einen stärkeren Motor, welcher wiederum eine grössere Massenträgheit besitzt, welche dann einen noch stärkeren Motor .....
       Zudem erzeugt eine höhere Beschleunigung auch höhere Kräfte, dann muss die ganze Konstruktion etwas massiver ausgeführt werden, was wiederum einen Motor ...
       Tja und an irgendeinem Punkt, reicht dann die Materialfestigkeit nicht mehr aus und die ganze Maschine zerlegt sich selbst.
       Der Schmierfilm ist dabei noch eines der kleineren Probleme.
       
       Der Beschleunigungs und Bremsweg spielen auch eine Rolle, da du ja mit endlichen werten für die Beschleunigung und Verzögerung arbeiten musst und der Verschub auch nur eine endliche Grösse ist.
       
       MfG Peter(TOO)
       

       • Antwort von nach 17 Stunden 0 hilfreich

         Re^4: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

         Hallo Peter,
         
         Mich interessieren erstmal die statischen Kräfte, die auf die Führungsbahn beim
         normalen Längsdrehen übertragen werden. Ich will das nicht zu
         kompliziert gestalten, also wirklich immer nur den einfachsten
         Fall betrachten. Ist meine Vermutung dann richtig, dass die
         obere FüBahn auf Zug und untere auf Druck beansprucht wird?
         Beim normelen aussen Längsdrehen gibt es 3 Vektoren.
         Grundsätzlich wird der Meissel tangenzial nach unten gedrückt.
         Allerdings versucht der Meissel zu Seite "auszuweichen" dies
         sowohl in längs als auch in radialer Richting.
         Und wie transportiere ich diese Kräfte auf die Führungsbahn?? Thema meiner DA sind Gleitführungen an CNC-Schrägbettdrehmaschinen.
         Wie teile ich die Zerspankraft von bspw. 1000N auf die FüBahn auf? Der Kraftweg müsste doch in etwa so laufen: Zerspankraft am Werkstück -> Drehmeißel Werkzeugrevolver -> Querschlitten -> Führungsbahn. Stimmt das so? Wenn ja, wie sind die Kraftrichtungen? Eilgangsgeschwindigkeit
         Wenn man also andersherum konstruiert, z.B. ich will eine Eilgangsgeschwindigkeiten von bspw. 50 m/min realisieren fängt man an mit 1. Welche Antriebsleistung 2. Wegerfassung 3. maximale Beschleunigungskräfte 4. Bremswege ?
         Dieses habe ich so noch nicht betrachtet.
         
         Mit freundlichen Grüßen
         Ines Schildt
         

         • Antwort von nach 19 Stunden 0 hilfreich

           Re^5: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

           Hallo Ines,
           Mich interessieren erstmal die statischen Kräfte, die auf die Führungsbahn beim
           normalen Längsdrehen übertragen werden. Ich will das nicht zu
           kompliziert gestalten, also wirklich immer nur den einfachsten
           Fall betrachten. Ist meine Vermutung dann richtig, dass die
           obere FüBahn auf Zug und untere auf Druck beansprucht wird?
           Beim normelen aussen Längsdrehen gibt es 3 Vektoren.
           Grundsätzlich wird der Meissel tangenzial nach unten gedrückt.
           Allerdings versucht der Meissel zu Seite "auszuweichen" dies
           sowohl in längs als auch in radialer Richting.
           Und wie transportiere ich diese Kräfte auf die Führungsbahn??
           Thema meiner DA sind Gleitführungen an
           CNC-Schrägbettdrehmaschinen.
           Wie teile ich die Zerspankraft von bspw. 1000N auf die FüBahn
           auf? Der Kraftweg müsste doch in etwa so laufen: Zerspankraft
           am Werkstück -> Drehmeißel Werkzeugrevolver ->
           Querschlitten -> Führungsbahn. Stimmt das so?
           Nicht ganz der Kraftfluss muss ja geschlossen sein also geht es etwas weiter:
           obere/untere Führungsbahn->Maschinenbett->Antrieb->Werkstück->Zerspankraft Wenn ja, wie sind die Kraftrichtungen?
           Wie ich oben beschrieben habe, hast du 3 Kraft-Vektoren am Drehmeissel. Wenn du die Einzelkräfte kennst, kannst du den daraus resultierenden Summenvektor berechnen der auch auf deinen Drehmeissel einwirkt und weitergeleitet wird.
           Jetzt komm es noch darauf an wohin der Drehmeissel die Kraft auf den Schlitten überträgt, also ob du ein kleines Werkstück oder ein grosses bearbeitest. jenachdem ist die Kraftaufverteilun zwischen oberer und unterer FüBahn unterschiedlich.
           
           Nehmen wir mal an:
           Werkstück ist links und der Schlitten rechts.
           Der Drehmeissel greift von Unten am Werkstück an.
           Der Schlitten hat vier Lagerpunkte OL, OR, UL und UR (OL = ObenLinks, usw).
           Ist die Schneide des Drehmeissels genau im Zentrum des Schlitten montiert verteilen sich die Kräfte gleichmässig als Druck auf die vier Lagerpunke (allerdings darfst du dabei die Schräglage und die Eigen-Masse des Schlittens nicht vergessen). Wenn du jetzt noch den Meissel von rechts nach links bewegst, versucht dieser nach unten rechts auszuweichen, was eine zusätzliche Drehkraft im Gegenuhrzeigersinn zur folge hat, welche auf den Schlitten übertragen wird.
           
           So nun darfst du selber etwas weiterdenken.
           Montier einmal die Schneide links überhängend auf dem Schlitten. Eilgangsgeschwindigkeit
           Wenn man also andersherum konstruiert, z.B. ich will eine
           Eilgangsgeschwindigkeiten von bspw. 50 m/min realisieren fängt
           man an mit 1. Welche Antriebsleistung 2. Wegerfassung 3.
           maximale Beschleunigungskräfte 4. Bremswege ?
           Um genau zu sein:
           3. Hast du beim Beschleunigen und beim Verzögern. Ist ja rechnerisch das Gleiche nur das Vorzeichen änderd sich.
           4. Beschleunigungs- und Brems-strecke/Zeit.
           (In meinen Aussagen ist mit Beschleunigung auch die negative Beschleunigung (bremsen) gemeint) Dieses habe ich so noch nicht betrachtet.
           Allerdings sind die 50m/min nur die halben Angaben, viel wichtiger ist die nötige Beschleunigung, also wieviel Zeit zwischen 0 m/min und 50 m/min zur Verfügung steht. Daraus kannst du dann die Beschleunigskräfte berechnen, welche dann die nötige Motorleistung ergeben.
           
           Gleichzeitug muss der Antrieb aber auch noch die Schnittgeschwindigkeit "hergeben" und die dabei auftretenden Kräfte.
           
           Kein Problem, ein schaltbares Getriebe dazwischen, wird wohl dein erster Gedanke sein, damit kommen aber weitere Probleme auf dich zu:
           1. Getriebespiel
           2. Durch das Getriebe verlierst du beim Umschalten die Beziehung Schritt/Position wenn du einen Schrittmotor verwenden willst.
           
           Das Ganze ist immer ein Kompromiss, zwischen Machbahrem und den Kosten. Zumal bei der Optimierung die Kosten im Verhältnis zum Nutzen exponentiell ansteigen.
           
           MfG Peter(TOO)
           

           • Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

             Re^6: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

             Hallo Peter,
             
             ich möchte das mal aufzeichnen. Jeder hat mal klein angefangen. Aus diesem Grund behalte ich mir vor, nur das einfachste Modell zu verwenden.
             Ausgangspunkt meiner Überlegung war "Thema Führungen". Bei Wälzf. werden Kräfte über die Hertzsche Flächenpressung übertragen. Bei Gleitf. sehr viel gleichmäßiger über eine bestimmte Fläche. Welches ist besser? Wo sind die Grenzen der jeweiligen F.Art. Bsp. Kunde wünscht hohen Ausstoß, Wst.Oberfläche nicht ganz so wichtig ->Wälzf. ; oder Kunde stellt Messgeräte her -> Oberfläche und Genauigkeit extrem wichtig, Ausstoß weniger -> Gleitf. Also ein kleines Lastenheft definieren, wann man welche F. einsetzt. Die Hersteller haben sich alle auf eine FArt eingeschossen. Nehmen wir mal an:
             Werkstück ist links und der Schlitten rechts.
             Der Drehmeissel greift von Unten am Werkstück an.
             Der Schlitten hat vier Lagerpunkte OL, OR, UL und UR (OL =
             ObenLinks, usw).
             Ist die Schneide des Drehmeissels genau im Zentrum des
             Schlitten montiert verteilen sich die Kräfte gleichmässig als
             Druck auf die vier Lagerpunke (allerdings darfst du dabei die
             Schräglage und die Eigen-Masse des Schlittens nicht
             vergessen). Wenn du jetzt noch den Meissel von rechts nach
             links bewegst, versucht dieser nach unten rechts auszuweichen,
             was eine zusätzliche Drehkraft im Gegenuhrzeigersinn zur folge
             hat, welche auf den Schlitten übertragen wird.
             
             So nun darfst du selber etwas weiterdenken.
             Montier einmal die Schneide links überhängend auf dem
             Schlitten.
             Das beschriebene Modell werde ich mal aufzeichnen. Darf ich dich dann per eMail befragen?
             
             Mit freundlichen Grüßen
             Ines Schildt
             

           • Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

             Re^7: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

             Hallo Ines,
             ich möchte das mal aufzeichnen. Jeder hat mal klein
             angefangen.
             Aber die Zeichnung sollte deshalb nicht auch klein sein ;-)) Aus diesem Grund behalte ich mir vor, nur das
             einfachste Modell zu verwenden.
             Die dynamischen Kräfte musst du aber auch noch einbeziehen, dann wird es nämlich erst richtig lustig, besonders was dann Alles in der Praxis auf dich zukommt. Ausgangspunkt meiner Überlegung war "Thema Führungen". Bei
             Wälzf. werden Kräfte über die Hertzsche Flächenpressung
             übertragen. Bei Gleitf. sehr viel gleichmäßiger über eine
             bestimmte Fläche. Welches ist besser?
             Theoretisch oder Praktisch gesehen ?
             Das Hauptproblem ist das Lagerspiel, die Abnutzung und der Aufwand bei der Herstellung.
             Wälzf. sind billig in der Herstellung, haben eine gute Präzision und Standzeit und gleichbleibende Qualität.
             
             Gleitlager sind recht heikel und verzeihen keine Fehler.
             Ich habe schon ganz alte Maschinen gesehen,welch noch täglich in Betrieb sind, mit den ersten eingebauten Gleitlagern. Allerdings wurde jedes einzelne Lager von Hand geschabt und an die entsprechende Lagerstelle angepasst. Die Hersteller haben sich alle auf eine FArt eingeschossen.
             Auf Diejenige, welche mit einfachsten Mitteln beherrschbar ist. Das beschriebene Modell werde ich mal aufzeichnen. Darf ich
             dich dann per eMail befragen?
             Mehl-Adresse steht in meiner ViKa.
             
             MfG Peter(TOO)
             

   • Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

     Re^2: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

     Hallo Peter,
     nee kleine Anmerkung. Ich als Dreher benutze immer verschiedene Meisel für innen und ausendrehen. Denn die Form des Meisels ist eine ganz andere. Innendrehmeißel fangen fiel leichter an zu schwingen. Mit anderen worten es gibt dann Rattermarken. Die Richtung der kräfte sind auch gleich da man das Werkück immer von oben an die schneide heranführt. Das hängt zuerst einmal davon ab wie der Drehmeissel angesetzt
     wird. Mann kann ja mit dem gleichen Meissel, ohne umzuspannen
     Innen und Aussen drehen, dabei kehren sich die Kräfte unter
     Umständen um.
     MfG
     Christopher
     

     • Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

       Re^3: Kraftverlauf bei Drehmaschinen

       Hallo Christopher, nee kleine Anmerkung. Ich als Dreher benutze immer
       verschiedene Meisel für innen und ausendrehen. Denn die Form
       des Meisels ist eine ganz andere.
       Ist schon klar, wegen der Winkel. Es ging hier ja um die Therorie und Ines hatte eigentlich keinen Schimmer wie das aussieht. Innendrehmeißel fangen fiel
       leichter an zu schwingen. Mit anderen worten es gibt dann
       Rattermarken. Die Richtung der kräfte sind auch gleich da man
       das Werkück immer von oben an die schneide heranführt.
       Das Problem ist, dass bei gleichem Drehsinn, einmal Vor und einmal hinter dee Mitte angesetzt wird. Dadurch ist die Lastverteilung auf die Lagen entsprechend unterschiedlich. Das hängt zuerst einmal davon ab wie der Drehmeissel angesetzt
       wird. Mann kann ja mit dem gleichen Meissel, ohne umzuspannen
       Innen und Aussen drehen, dabei kehren sich die Kräfte unter
       Umständen um.
       MfG Peter(TOO)
       

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